Примесная (электронно-дырочная) электрическая проводимость

Полупроводники
Содержание
Проводники, диэлектрики и полупроводники.
Собственная (электронно-дырочная) электрическая проводимость.
Примесная (электронно-дырочная) электрическая проводимость.
Электронно-дырочный переход. Контакт двух полупроводников с р- и nпроводимостью.
P- n переход и его свойство.
Строение полупроводникового диода.
Вольт - амперная характеристика полупроводникового диода.
****
Применение полупроводников (выпрямление переменного тока)*.
Однополупериодное выпрямление переменного тока.*
Двухполупериодное выпрямление переменного тока.*
Демонстрационный эксперимент «Снятие вольт - амперной
характеристики полупроводникового диода» .*
Светодиоды*.
В данную версию презентации включены 25 слайдов из 47, просмотр
некоторых из них ограничен.
Презентация носит демонстрационный характер. Полная версии
презентации содержит практически весь материал по теме
«Полупроводники», а также дополнительный материал, который следует
более детально изучить в профильном физико-математическом классе.
Полную версию презентации можно приобрести.
Прежде всего поясним само понятие – полупроводник.
По способности проводить электрические заряды вещества условно
делятся на проводники и непроводники электричества.
Тела и вещества, в которых можно создавать
электрический ток, называют проводниками.
Металлы , уголь, кислоты,
растворы солей, щелочи,
живые организмы
и многие другие тела и вещества.
Тела и вещества, в которых нельзя создавать
электрический ток , называют
непроводниками тока.
Воздух, стекло, парафин, слюда,
лаки, фарфор, резина, пластмассы,
различные смолы,
маслянистые жидкости,
сухое дерево, сухая ткань,
бумага и другие вещества.
Непроводники
Непроводники
Проводники
ПроводникиПолупроводники
(диэлектрики)
(диэлектрики)
Полупроводники по электропроводности занимают
промежуточное место между проводниками и непроводниками.
Период
Полупроводники
Группа
III
IV
Y
VI
1
2
VII
Бор B, углерод C, кремний Si
фосфор Р, сера S, германий Ge,
мышьяк As, селен Se, олово Sn,
F сурьма Sb, теллур Te и йод I.
B C N O
3
Al Si P
S Cl
4 Ga Ge As Se Br
5
In Sn - это
SbрядTe
I
Полупроводники
таблицы
6элементов
Tl Pb
Bi Po Al
Менделеева, большинство
минералов, различные
окислы, сульфиды,
теллуриды и другие
химические соединения.
Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно
заряженных электронов, вращающихся вокруг ядра по стабильным орбитам.
Электронная оболочка атома германия состоит
из 32 электронов, четыре из которых вращаются
по его внешней орбите.
Электронная
оболочка атома
Ядро атома
Сколько электронов у атома германия?
Четыре внешних электрона, называемые
валентными, существенным образом
определяют атома германия. Атом германия
стремится приобрести устойчивую структуру,
присущую атомам инертных газов и
отличающуюся тем, что на внешней их орбите
находится всегда строго определенное число
электронов (например, 2, 8, 18 и т. д.).Таким
образом, для приобретения подобной структуры
атому германия потребовалось бы принять на
внешнюю орбиту еще четыре электрона.
Ge
Собственная
(электронно-дырочная)
электрическая проводимость.
Собственная электрическая проводимость
ρ
ρ0
•
ρ
ρмет = f(Т)
= f(Т) ?
Зависимость удельного
полуп
сопротивления
ρ металла от
абсолютной температуры T
При
увеличении
температуры
полупроводника в
Повысим
температуру
полупроводника.
единицу времени образуется большее количество
электронно-дырочных пар.
Т
Валентные электроны в
Пригермания
повышении
кристалле
связаны с
температуры
атомами
гораздо некоторая
сильнее, чем
частьв валентных
электронов
металлах; поэтому
может
получить
энергию,
концентрация
электронов
достаточную при
длякомнатной
разрыва
проводимости
ковалентных
связей.в Тогда в
температуре
кристалле возникнут
полупроводниках
на много
свободные
электроны
порядков
меньше,
чем у
(электроны
проводимости).
металлов.
Вблизи
абсолютного
Одновременно
местах
нуля
температуры вв кристалле
разрыва
связей
образуются
германия
все электроны
вакансии,
которые не связей.
заняты
заняты в образовании
электронами.
вакансии
Такой
кристалл Эти
электрического
получили
название
дырок.
тока не
проводит.
Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется
только у чистых (т. е. без примесей) полупроводников и поэтому
называется собственной электрической проводимостью.
Собственная
(электронно-дырочная)
электрическая
проводимость.
Примесными центрами могут быть:
атомы или ионы химических
элементов, внедренные в решетку
полупроводника;
избыточные атомы или ионы,
внедренные в междоузлия решетки;
различного рода другие дефекты и
искажения в кристаллической
решетке: пустые узлы, трещины,
сдвиги, возникающие при
деформациях кристаллов, и др.
Проводимость полупроводников
при наличии примесей называется
примесной проводимостью.
Примесная (электроннодырочная) электрическая
проводимость.
Примесная
Примесная
(электронная)
(дырочная)
электрическая
проводимость.
электрическая
проводимость.
Изменяя концентрацию примесей, можно
значительно увеличивать число носителей
зарядов того или иного знака и создавать
полупроводники с преимущественной
концентрацией либо отрицательно, либо
положительно заряженных носителей.
Электронная
проводимость
возникает, когда в
кристалл германия с
четырехвалентными
атомами введены
пятивалентные атомы
(например, атомы
мышьяка, As).
Дальнейшее содержание слайда
в полной версии презентации.
Электронно-дырочный
переход
Полупроводник с избыточными электронами проводимости
называют полупроводником n-типа, с избыточными дырками
полупроводником р-типа.
Электрическая проводимость р-типа определяется
дырками, поэтому их называют здесь основными
носителями заряда, а электроны проводимости - не
основными. В полупроводнике n-типа - наоборот.
Дальнейшее содержание слайда
в полной версии презентации.
+
-
Дальнейшее содержание слайда
в полной версии презентации.
Способность n–p-перехода пропускать ток
практически только в одном направлении
используется в приборах, которые называются
полупроводниковыми диодами.
Полупроводниковые диоды изготавливают из
кристаллов кремния или германия. При их
изготовлении в кристалл c каким-либо типом
проводимости вплавляют примесь,
обеспечивающую другой тип проводимости.
Изображают полупроводниковые диоды на электрических
схемах в виде треугольника и отрезка, проведенного через
одну из его вершин параллельно противолежащей стороне. В
зависимости от назначения диода его обозначение может
содержать дополнительные символы. В любом случае острая
вершина треугольника указывает на направление протекания
прямого тока через диод. Треугольник соответствует робласти и называется иногда анодом, или эмиттером, а
прямолинейный отрезок — n-области и называется катодом,
или базой.
Эмиттер Э
База Б
Строение
полупроводникового диода
По конструкции полупроводниковые диоды могут быть
плоскостными или точечными.
Как правило, диоды изготавливают из
кристалла германия или кремния, с
проводимостью n-типа. В одну из
поверхностей кристалла вплавляют
каплю индия. Вследствие диффузии
атомов индия в глубь второго
кристалла, в нём образуется область
p-типа. Остальная часть кристалла попрежнему имеет проводимость n-типа.
Между ними и возникает p-n - переход.
Для предотвращения воздействия
влаги и света, а также для прочности
кристалл заключают в корпус, снабжая
контактами.
Германиевые
и
кремниевые диоды могут работать в
разных интервалах температур и с
токами различной силы и напряжения.
Вольт - амперная
характеристика
полупроводникового диода
Обратный ток очень мал и почти не зависит от величины обратного
напряжения, т. к. он образован дрейфовым током (не основными
носителями зарядов). Но при определенном напряжении обратный ток
резко возрастает. Это явление называется электрическим пробоем.
Объясняется это тем, что
электроны приобретают
большую скорость и, ударяясь
об атомы, выбивают их них
электроны. Если напряжение не
увеличивать, диод останется
исправным. Если же продолжать
увеличивать напряжение, то
электрический пробой переходит
в тепловой пробой. Это значит,
что диод нагревается, и ток
резко увеличивается за счет
выхода электронов из своих
атомов при повышении
температуры. Тепловой пробой
разрушает полупроводник, диод
неисправен.
I, мA
Прямой ток
U, В
Обратный ток
Пробой
Переменный ток
Переменный ток
Рассмотрим понятие «переменный ток» на самом простом уровне.
I
t
Чем быстрее вращается рамка,
тем больше частота переменного
тока.
Синусоидальный характер
T
I
t
Т – период переменного тока. Это
наименьший промежуток времени
(выраженный в секундах), через
который изменения силы тока (и
напряжения) повторяются
В электроэнергетических системах России и большинства стран мира принята стандартная частота
f = 50 Гц, в США 60 Гц . В технике связи применяются переменный ток высокой частоты (от 100 кГц
до 30 ГГц). Для специальных целей в промышленности, медицине и др. отраслях науки и техники
используют переменный ток самых различных частот.
Переме́нный ток - электрический ток, который периодически
изменяется по модулю и направлению.
Выпрямление
переменного тока
Переменный ток
I
t
T/2
+-
I
~
+
-
Rн
t
Далее процесс повторяется…
Дальнейшее содержание слайда
в полной версии презентации.
Светодиоды
Дополнительный материал.